工作辊冷却及热凸度控制技术.docx

工作辊冷却及热凸度控制技术1工作辊冷却及热凸度控制技术的作用良好的工作辊冷却及热凸度控制是降低工作辊消耗、控制板形、提高生产收得率的有效措施 影响工作辊寿命的因素有：磨损、热裂纹工作辊 的磨损主要与工作辊的材料及表面温度有关，而 热裂纹主要与工作辊冷却不均、局部急冷、使用不 当、设计不合理等因素有关通过控制冷却，改善 辊子冷却效果，防止工作辊出现严重热裂纹，减少 工作辊磨损进而减少换辊次数在一个换辊周期 里，使用初期，中部温度高、两端温度低，相应在工 作辊的辊身方向上产生不同的凸度，板形易形成 中浪；在后期，中部的磨损比边部大，板形就易形 成边浪辊型决定板形，通过控制冷却，可以控制 工作辊热凸度，避免不良板形的产生2工作辊冷却及热凸度控制的数学模型2. 1工作辊的温度模型 在轧制过程中，工作辊所产生的热流量主要 取决于：1）接触产生的传导热，2）相对滑动产生的 摩擦热，3）轧件变形产生的变形热工作辊受850 〜1 050°C的来料轧件热传导接触作用，其表层瞬 时温度可达到400C以上在径向，热流从工作辊 外层向中心传导；在轴向，热流从中部向两端传导较薄的辊面层在回火的作用下使组织发生变化形成第一种温度梯度；离开变形区的辊面将热量传至轧辊内部并辐热至空间，再在冷却水的作用下带走热量，使该区域的辊面温度急剧降到40〜50°C,形成第二种温度梯度；之后受轧辊内部的逆向热传导的影响，使该辊面温度又回到80〜90C。

刚投入使用时（换新辊或停机较长时间），工作辊是冷的；开轧以后，温度逐渐增高；当轧完20〜30块板后，工作辊温度达到一个稳态平均值通常把工作辊分解 成圆柱状辊芯及管状外层，管状外层的壁厚取决于工作辊的材质和转速计算每转的热平衡时，只考虑外层的温度波动及辊芯由于热量不断更新引起的温度变化影响工作辊冷却效率的参数有:1）喷嘴压力p，2）喷嘴流量q，3）喷射角度B，4）轧制速度v，5）喷射高度d，6）工作辊表面温度T s，7）散射角度它们与冷却速率的基本关系是：压力、流量越大，冷却效率越高；工作辊速度、喷射角、喷射高度越大，冷却效率越低工作辊表面温度低于某个值时，冷却效率随温度增大而增大；高于该值后，冷却效率随温度增大反而减小工作辊的传热系数h可用下式表达〔1〕：h= h0X fl(p)X f2(q)X f3(d)X f4(B)X f5(T s)⑴式中:h0——初始条件下的传热系数值；fl, f2, f3, f4, f5, ——各变量冷却效率因子对于已有的冷却集管，通常喷嘴压力、喷射高 度、散射角度是不能改变的，而轧制速度与轧制工 艺有关，故要改变工作辊的冷却效率只有通过改 变喷嘴流量和喷射角度两种途径。

2. 2工作辊的磨损模型影响工作辊磨损的两个因素：摩擦磨损和热裂纹工作辊在交替加热与冷却作用下，逐渐使辊 面形成热网裂，辊面裂纹处发生的强烈氧化促使 裂纹扩展，轧制过程的挤压力和交变应力作用，又 使裂纹进一步扩展渗进氧化铁屑和冷却水，渗入 的冷却水在轧制过程中产生的高压蒸汽的崩破作 用及楔状的氧化铁屑使辊面形成大裂纹并造成底 部微空隙开裂不同材料的工作辊磨损现象不一 样：球墨铸铁工作辊，热疲劳裂纹是主要的；而 HSS工作辊，磨擦磨损是主要的摩擦磨损与摩擦力成正比，它与轧制力、轧制速度、接触宽度等因素有关数学表达式如下〔1〕：w Ax = k XF AxA x X lAxaXrAx X lAxbXL X lAxn D⑵式中:a——不均匀轧制力的修正系数；b——沿着辊身方向不均匀弧形接触的修正系数;k——总的修正系数；A x——辊身方向有限元长度尺寸；lA x——该处的接触长度；FA x 单位宽度上的轧制力；rA x 该道次的压下量；L 钢板长度；D——工作辊直径；方程(2)的计算精度与工作辊的窜辊量、氧化 铁皮的厚度和硬度、换辊周期内允许的最大磨损 值及工作辊咬钢处的润滑条件等因素有关。

2. 3工作辊的热凸度控制模型工作辊的热凸度和磨损是影响钢板板形和平直度的两个主要因素，它们的作用正好相反温度 升高使工作辊的凸度值增加，而磨损使工作辊的 凸度值减小工作辊的磨损量是可以预测的，而热 凸度值取决于沿辊身方向平均温度分配及梯度变 化在轧制时，瞬时的热凸度值是不容易检测的， 只能通过合适的模型来计算，然后根据实测 的数据进行校正工作辊的热凸度模型是一个典型的、非稳定 的、实心圆柱体热传导模型其数学表达式如 下〔1〕：1A5 T5 t=1r5 t(r5T5 r) +52T5 z2⑶利用有限元法，把工作辊分成若干个矩形区域，根据工作辊的温度模型及磨损模型可以计算 每个矩形区域的凸度值，从而确定冷却集管的几 何尺寸及调节参数值冷却集管的安装位置、喷嘴分布、喷射角、散 射角、冷却水量等参数一般如下确定：1) 喷射集管的安装位置尽可能不要与其它机械部件发生干涉2) 使用离线热凸度模型，根据当前的热凸度值，为下一道次或空转时确定一个总的热凸度控 制策略3) 离线的工作辊温度与磨损模型应适用于喷射集管的每个位置，以便：(1) 对于一个给定的流量，通过优化喷射角使辊面的冷却效率最大；宽厚板第9卷(2) 给定工作辊的目标温度值，使辊面的冷却流量最小；(3) 为每组集管选择合适的最大流量值；⑷根据轧制节奏选择最适宜的流量调节值，使工作辊的热应力磨损最小。

3典型的工作辊冷却及热凸度控制系统简介3. 1达涅利专利技术的工作辊冷却和RTC系统3. 1. 1基本结构图1是达涅利专利技术的工作辊冷却和RTC(工作辊热凸度)控制系统每条工作辊有2个旋转的RTC集管和2个固定的普通集管RTC集管的旋转由液压缸操作，旋转的角度约为30° RTC集管喷嘴的安装位置呈螺旋线分布，顶点在集管的中部，喷嘴的喷射角沿着辊身方向从 中部向两端相应增大或减小，从而改变喷嘴的冷 却效率(如图2)RTC系统的操作原理基于这样 的事实：辊子的冷却效率取决于喷射角度在图示 位置,RTC集管向上旋转，中部有最小的喷射角 最大的冷却效率，两端有最大的喷射角最小的冷 却效率固定集管分成三个冷却区域：中部及两 端，中部的冷却水量固定，而两端的冷却水量可根 据钢板的宽度调整，如图3图1冷却系统3. 1. 2 RTC集管的控制策略基本的控制策略——如图4在液压缸作用 下,RTC集管周期性地在两个极限位置之间转 动，转动周期为tc,极限位置的驻留时间为tr通 过改变极限位置的驻留时间tr，可以获得不同的 冷却状态液压缸采用比例阀速度控制，冷却水量 由阀门控制图2 RTC集管和喷射状态图3基本冷却集管高级的控制策略——如图5。

RTC集管有5 个驻留位置，通过线性位移传感器位置反馈闭环 控制角度位置及驻留时间可连续变化，从而获得 连续的热凸度控制同时,RTC控制系统还可补 偿弯辊控制系统的不足当弯辊力达到饱和时，改 变驻留时间或角度位置值，从而降低所需的弯辊力图4 RTC系统的基本控制策略给定工作辊的目标温度值，使辊面 的冷却流量最小；（3）为每组集管选择合适的最大流量值；⑷根据轧制节奏选择最适宜的流量调节值，使工作辊的热应力磨损最小3典型的工作辊冷却及热凸度控制系统简介3. 1达涅利专利技术的工作辊冷却和RTC系统3. 1. 1基本结构图1是达涅利专利技术的工作辊冷却和RTC（工作辊热凸度）控制系统每条工作辊有2个旋转的RTC集管和2个固定的普通集管RTC集管的旋转由液压缸操作，旋转的角度约为30° RTC集管喷嘴的安装位置呈螺旋线分布，顶点在集管的中部，喷嘴的喷射角沿着辊身方向从中部向两端相应增大或减小，从而改变喷嘴的冷却效率（如图2）RTC系统的操作原理基于这样的事实：辊子的冷却效率取决于喷射角度在图示位置,RTC集管向上旋转，中部有最小的喷射角最大的冷却效率，两端有最大的喷射角最小的冷却效率固定集管分成三个冷却区域：中部及两 端，中部的冷却水量固定，而两端的冷却水量可根FUME EXHAUSTWORK ROLL COOLINGREFERENCE DWGTITLE(MX VO M1U ?)2-HOKn/BKCOMOMCT COCtMG w*T(n 11 OaA 810IHXVO W1tUKSTRIP CROSS SPRAY', ” ,DHW/CM61[j I 別 r 1 % ]t ] I I I 0MMO/0N^Bj I “pry” 1a!®"E •I、I " I % I ；B〒Imachine piping ! interconn pipingDNWt/MtSDIRECTION OF STRIPLEGENUEAtypical detailp^eintfK attMhonNC [normal(NO |nortnal cA .BASIC COOLINGB ...ADDITIONAL COOLItC ADDITIONAL COOLIb i max How IA*B*O for F5 s 4U-A TYPICAL DETAILM gneinaiit K( C00UH(i *, •・•：>. l；» M '•!： tl t0^£H : RdSEDf WORk RCU COOI^ F5 ', 阳抽曲 ..: “：F!M ' ：L J1.-C莎f融iT而iiii订<~~-価血讥(OCVM 0-o '.W',2kU；lt61-mil2J b：|;-£H . I .O-.EL'CONN. SEE DWG. NO C.NXV0.WI1 82 732-H0100/BKD001D16JHWORK WflU COOL NG FS | | VMIK RDIL "OUNG F5 | | WORK RCU CMLWG F5 | -FZ AConmHM (ficuwi B *x«tkn*l gi隔 B ;I WORK Z COOUMi F5 I I XOHK ROLL COCCHG F5 | I WOUK HOU CDOLWG F5-[ AMM1 侏入(ociwi( _」I Agrwui(00.z応 [i顾看莎丽IT厂.n.w t»r«n，xx «ctt> .s wf up XI 'nr>xo*wQracl L99